采用自然工质CO2的跨临界循环技术具有广阔的应用前景。本文以CO2制冷剂跨临界循环系统中的主要设备—气体冷却器作为研究对象,通过理论分析、数值计算和实验研究相结合,进行优化研究。分析了超临界CO2的物性特点和不同条件对超临界CO2管内对流换热时影响。整理了超临界CO2换热关联式、压降关联式、润滑油的物性关联式以及水的换热关联式、压降关联式,运用动量平衡方程式建立了管内CO2/PAG混合物的两相流的环状模型;为计算换热管内壁油膜厚度,建立了CO2套管式气体冷却器中超临界CO2/PAG混合物的冷却换热模型。通过运用冷却换热模型进行数值计算,计算出管内油膜厚度分布。在沿程换热段内,润滑油厚度处于不断增大的过程。含油量升高,气体冷却器的换热能力有很大的下降。分别从不同条件下,更加深入地分析了在CO2套管式气体冷却器中,润滑油的厚度变化情况、CO2压降的变化情况、气体冷却器换热能力的变化情况。通过润滑油油膜厚度测量的实验,实测了润滑油在CO2气体冷却器中的厚度情况。建立CO2气体冷却器实验系统。对内管为螺旋式的三通道CO2套管式气体冷却器进行结构改造。通过进行实验,实验结果表明,改进后的内管为螺旋式的三通道CO2套管式气体冷却器的换热性能要好于内管为单管的CO2套管式气体冷却器,其经济性也较好。